Sie erinnern sich vielleicht an die NASA-Zwillingsstudie, in der 10 verschiedene Forscherteams den Astronauten Scott Kelly untersuchten, der 2015 und 2016 ein Jahr an Bord der Internationalen Raumstation verbracht hatte, und ihn mit seinem identischen Zwillingskollegen Astronauten Mark Kelly verglichen, der zurückgeblieben war auf der Erde.
Ein Teil dieser Forschung umfasste das Studium und den Vergleich der DNA der Zwillinge. Wie dieser Artikel im Atlantik ausführlich beschreibt, sorgte er für Aufsehen, als zahlreiche Nachrichtenagenturen die Ergebnisse falsch interpretierten und fälschlicherweise berichteten, dass Scott Kellys DNA durch seine Zeit im Weltraum erheblich verändert worden war. In Wirklichkeit hat sich die DNA von Scott Kelly , wie diese Medienmitteilung der NASA erklärt, nicht grundlegend geändert. Die Forscher beobachteten jedoch Veränderungen in der Genexpression - das heißt, wie Gene auf die Umwelt reagieren.
Der größte Teil von Scotts Genexpression normalisierte sich wieder, nachdem er wieder auf der Erde gelandet war, aber 7 Prozent seiner Genexpression kehrten nicht zurück. Wie die NASA mitteilt, deutet dieser Unterschied von 7 Prozent auf mögliche längerfristige Veränderungen der Gene hin, die mit Kellys Immunsystem, DNA-Reparatur und Knochenbildungsnetzwerken zusammenhängen. Die Veränderungen könnten sich auch darauf auswirken, wie Kellys Gene auf Hypoxie oder Sauerstoffmangel und Hyperkapnie reagieren , die Bedingung, dass zu viel Kohlendioxid im Blutkreislauf vorhanden ist. (Letzteres ist ein potenzielles Problem auf der ISS, wo, wie diese Studie aus dem Jahr 2012 feststellt, die CO2-Werte in der Umgebung über die normalen atmosphärischen Bedingungen auf der Erde ansteigen und die Besatzungen routinemäßig Symptome wie Kopfschmerzen und Lethargie melden.)
Raum oder Stress?
Aber wurden die Veränderungen in der Genexpression von Scott Kelly durch den Weltraum ausgelöst oder waren sie einfach das Ergebnis einer extrem stressigen Umgebung? Eine Möglichkeit, diese Frage zu beantworten, besteht darin, Bergsteiger in großer Höhe zu untersuchen, wo die seltene Atmosphäre und die niedrigen Temperaturen zu Stress beitragen würden, und sie mit Zwillingen zu vergleichen, die in geringerer Höhe blieben.
Christopher Mason , Associate Professor an der Weill Cornell Medicine in New York City, der die NASA- Genexpressionsstudie leitete, hat ein vergleichbares Experiment entworfen, an dem zwei Kletterer, Willie Benegas und Matt Moniz, beteiligt waren, die einen Aufstieg zum Gipfel des Mount Everest in geplant haben Kann. Laut einem Bericht in der Zeitschrift Science haben beide Kletterer Zwillinge, die in niedrigeren Lagen bleiben - ein identischer Zwilling für Benegas und ein brüderlicher Zwilling für Moniz - zum Vergleich. (Eineiige Zwillinge teilen 100 Prozent der gleichen Gene, während brüderliche Zwillinge laut dem Zwillingsregister der Michigan State University 50 Prozent teilen .)
Dann läuft alles wie geplant. Die Website des externen Magazins berichtete am 11. Mai, dass ein regulatorisches Problem in Nepal den Aufstieg beeinträchtigen könnte. In einer E-Mail vom 14. Mai teilte Benegas jedoch mit, dass der Aufstieg noch nicht abgeschlossen sei. Die beiden Kletterer wollten den 20. Mai als Tag für den Gipfel erreichen.
Es gibt jedoch bereits wissenschaftliche Beweise dafür, dass das Betreten großer Höhen auf der Erde die Genexpression verändern kann. Zac Cheviron , ein Assistenzprofessor an der Universität von Montana, war an der Erforschung der Auswirkung der Höhe auf die Hirschmaus beteiligt . Diese winzige Kreatur hat den Unterschied, dass sie den extremsten Höhenbereich aller nordamerikanischen Säugetiere aufweist, von unter dem Meeresspiegel im Death Valley bis zu Berghängen mit einer Höhe von mehr als 4.300 Metern.
Cheviron - der nicht an der Everest-Studie beteiligt ist - sagt, dass Lowlander-Hirschmäuse bei simulierter Höhenlage Veränderungen in der Genexpression erfahren, die sich auf die Struktur ihrer Muskeln auswirken. Die Veränderungen in der Expression führen dazu, dass sie langsam zuckende, oxidative Muskelfasern entwickeln und mehr Blutgefäße wachsen lassen. Diese Veränderungen sind eine Akklimatisierungsreaktion, die es den Mäusen ermöglicht, mit der Bergumgebung umzugehen, wo die dünnere Luft es schwieriger macht, das benötigte Gewebe mit Sauerstoff zu versorgen.
Ändert Mimic Evolution - bis zu einem gewissen Punkt
Die Genexpression ist eine Erweiterung der Physiologie, bei der Gene hoch- und runtergedreht werden, weil sie das Überleben unter diesen Bedingungen verbessert, erklärt Cheviron. "Für bestimmte Merkmale scheint die Plastizität, die durch die Genexpression gesteuert wird, die Anpassung als von der Evolution getrieben zu imitieren", sagt er.
Aber das stimmt nur bis zu einem gewissen Punkt, betont Cheviron. Auf Bergen geborene Hirschmäuse, die Nachkommen früherer Generationen von Mäusen, die sich in großen Höhen entwickelt haben, weisen eine Mutation auf, die es ihnen ermöglicht, dieselben Gene zu exprimieren, die die Muskelfasern und Blutgefäße auf viel höheren Ebenen beeinflussen, als es die Tieflandmäuse jemals könnten.
"Wenn Sie einen Tiefländer nehmen und ihn in großer Höhe aussetzen, erhalten sie eine Genexpression, um mehr Blutgefäße zu entwickeln", sagt Cheviron. "Aber sie werden nicht so viele haben wie die Hochländer."
Auch nicht alle Anpassungen der Genexpression, die Tiefländer in großen Höhen vornehmen, sind notwendigerweise gut. Wie in diesem Artikel des Wissenschaftsmagazins 2014 ausführlich beschrieben, haben viele Tibeter, die in großer Höhe leben, Gene geerbt, die es ihrem Körper ermöglichen, Sauerstoff effizienter zu nutzen, ohne eine hohe Anzahl von mit Hämoglobin beladenen roten Blutkörperchen zu haben. Wenn sich ein Niederländer auf die gleichen Höhen wagt, versucht sein Körper, mit mehr roten Blutkörperchen fertig zu werden - eine Veränderung, die das Blut verdickt und eine Person anfälliger für Blutgerinnsel und Schlaganfälle macht.
Das ist interessant
Wie dieser Smithsonian-Artikel aus dem Jahr 2016 ausführlich beschreibt, war der Wissenschaftler Francis Galton aus der viktorianischen Zeit, ein Halbcousin von Charles Darwin, einer der ersten Forscher, der Vergleiche zwischen Zwillingen verwendete, um zu untersuchen, welche Merkmale vererbt wurden und welche Reaktionen auf die Umwelt waren.
